Meccanismo ad arco con degrado di resistenza per la verifica dell’espulsione fuori piano delle Tamponature8 min read

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La muratura di tamponatura o muratura di tamponamento, denominata anche muratura di tompagno, riveste un ruolo fondamentale di chiusura tra spazio interno ed esterno oltre che di separazione degli spazi interni, regolando l’interscambio tra i due ambienti che separa. In foto l’espulsione di tamponamenti realizzati con pareti a doppio strato in seguito al terremoto (L’Aquila, 6 aprile 2009  da “Costruire in Laterizio n.153” – art. Mosele/Bari – Consorzio Poroton Italia).

Introduzione alla soluzione di calcolo

Cis Edil attraverso la ricerca sperimentale condotta dal Dipartimento ICEA – Università degli Studi di Padova, ha sviluppato un sistema costruttivo innovativo per la realizzazione di tamponature esterne, mettendo a punto inoltre il metodo di calcolo per la verifica all’espulsione delle tamponature stesse.

Tale metodo di calcolo è stato sviluppato e calibrato sulla base delle prove sperimentali condotte sul sistema di Tamponatura Antiespulsione di Cis Edil e permette di valutare l’esatto livello di sicurezza, superando per la prima volta le lacune che si riscontrano nelle normative a tal riguardo. Ora, la collaborazione tra Cis Edil e 2SI ha permesso di mettere a disposizione di tutti i progettisti un software gratuito per le verifiche di espulsione delle tamponature. Si tratta di PRO_SEC, un modulo del software PRO_SAP, che è utilizzabile anche autonomamente per la sola verifica delle tamponature.

Norme Tecniche e sicurezza delle tamponature

2016-02-09_00-16-28La tamponatura e la sua sicurezza, sono argomenti che stanno ricevendo crescente attenzione all’interno della Normativa Nazionale a partire dalla O.P.C.M. 3274 del 2003. Il D.M. 14/01/2008 obbliga infatti a svolgere la verifica di resistenza fuori piano delle tamponature (v. §7.2.3 – Criteri di progettazione di elementi strutturali “secondari” ed elementi non strutturali), inoltre obbliga ad adottare magisteri atti ad evitare collassi fragili e prematuri e la possibile espulsione fuori piano allo stato limite di vita (v. §7.3.6.3 – Verifiche degli elementi non strutturali e degli impianti).

D’altra parte la normativa esplicita la procedura per il calcolo della sollecitazione, ma non quella per il calcolo della resistenza fuori piano; inoltre i magisteri che vengono richiesti dalle NTC 2008 e che la Circolare 617 del 02/02/2009 propone, certamente sono migliorativi, ma non è possibile valutarne l’esatto livello di sicurezza in relazione anche al costo del magistero. In generale dunque, il metodo progettuale proposto dalla normativa presenta delle lacune, che non permettono di valutare il livello di sicurezza delle tamponature in funzione alle diverse zone sismiche e tipologie edilizie.

Analisi dei danni alle tamponature terremoto di L’Aquila

L’importanza della sicurezza della tamponatura emerge chiara dalla normativa stessa, che sta dedicando sempre più spazio a tale argomento. D’altra parte per colmare le lacune attualmente presenti, è necessario uno sforzo ulteriore, anche per evitare scenari come quelli visti in seguito al recente terremoto del 6 Aprile 2009 a L’Aquila, che non ha fatto altro che confermare quanto già osservato in terremoti precedenti. La fase di ricognizione dei danni post-terremoto, ha infatti evidenziato come espulsione fuori piano delle tamponature possa essere causa di danni a cose, ferimento di persone ed intralcio delle vie di fuga.

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Fig.  – Puntone equivalente nella risposta nel piano (a, fonte Righetti e Bari, 1999); meccanismo ad arco nella risposta fuori piano di un tamponamento aderente al telaio (b, fonte Mosele e Bari, Murature Oggi n°2-2011).

Gli studi condotti in seguito alla ricognizione dei danni de L’Aquila, hanno sottolineato anche un altro aspetto che spesso viene trascurato. Si è verificato come costruzioni prive di danni strutturali, avessero diffusi danneggiamenti agli elementi non strutturali, tali da non permettere l’agibilità della costruzione e condurre ad elevati costi di riparazione. Questo ha portato in alcuni casi a rendere vantaggiosa la demolizione e ricostruzione piuttosto che la riparazione di alcuni edifici. Tutto ciò a conferma dei risultati ottenuti da vari studi condotti fuori dall’Italia.

Sistema costruttivo della tamponatura antiespulsione

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In questo contesto, Cis Edil S.r.l. si è posta l’obiettivo di investigare ed approfondire le conoscenze relative alle problematiche della tamponatura, arrivando a mettere a punto un sistema costruttivo basato sull’impiego di un blocco appositamente sviluppato (brevetto, domanda N. PD 2011 A 294). Il sistema costruttivo è stato sviluppato con lo scopo di realizzare delle tamponature in grado di garantire un elevato livello di sicurezza, ed è stato dunque sottoposto ad una campagna di prove sperimentali presso il Dipartimento di Costruzione e Trasporti dell’Università degli Studi di Padova per valutarne le prestazioni ed in particolare la capacità di resistere all’espulsione fuori piano.

Il metodo di verifica in sintesi

E’ un metodo sviluppato dal Dipartimento ICEA – Università degli Studi di Padova sulla base dei risultati di un progetto di ricerca sperimentale, nel quale sono stati testati telai in c.a. tamponati con il sistema di Tamponatura Antiespulsione Poroton® sviluppato da Cis Edil s.r.l. con il supporto di Consorzio Poroton® Italia.

Lo studio e l’analisi delle prove sperimentali hanno permesso di identificare il meccanismo di rottura e di tararne le formule progettuali, considerando anche la riduzione di resistenza fuori piano dovuta al danneggiamento subito dalla tamponatura stessa per deformazioni nel piano.

Il meccanismo resistente, coerente con le risultanze sperimentali, è il meccanismo ad arco (Figura 1, sx) ampiamente conosciuto e documentato in ambito internazionale, proposto anche nell’Eurocodice 6. Il degrado della resistenza fuori-piano in funzione dello spostamento nel piano è stato investigato tramite apposite prove combinate nel-piano e fuori-piano, i cui risultati hanno permesso di giungere alla definizione e calibrazione di un coefficiente di riduzione (βa) da utilizzare nella formulazione del meccanismo resistente ad arco (Figura 1, dx).

La resistenza fuori piano sviluppata dalla Tamponatura Antiespulsione Poroton® viene calcolata in termini di pressione laterale con la seguente formula:

pR = 0,72 βa fd ( t / h )2

  • fd, resistenza a compressione di progetto della tamponatura;
  • t, spessore della tamponatura;
  • h, altezza della tamponatura;
  • βa, coefficiente riduttivo che considera il danneggiamento nel piano della tamponatura.

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Figura 1 – Schema di meccanismo ad arco (Mosele e Bari, “Comportamento e verifica dei tamponamenti soggetti ad azioni sismiche”, Murature Oggi n°2-2011) e Coefficiente di riduzione della resistenza fuori-piano in funzione dello spostamento nel-piano (da Porto, Guidi, Dalla Benetta, Verlato, “Ricerca Sperimentale sul comportamento sotto azioni combinate nel piano – fuori piano di telai in C.A. con tamponamenti in laterizio semplice ed armato”, Rapporto di Ricerca 2-2015, Dipartimento ICEA – Università degli Studi di Padova)

 

La verifica con meccanismo ad arco con degrado, confronta le pressioni sollecitanti (pa) indotte dal sisma, con le pressioni resistenti (pR) che la tamponatura sviluppa attraverso il meccanismo ad arco, considerando il degrado di resistenza dovuto al danneggiamento nel piano della tamponatura.

Il valore da assegnare al coefficiente riduttivo βa si ottiene dal modello semplificato tarato sulla base dei dati sperimentali, riportato in Figura 1 (dx), a seconda che la Tamponatura Antiespulsione Poroton® venga messa in opera nella configurazione ordinaria o nella configurazione armata.

Il drift interpiano da impiegare per ricavare il coefficiente βa può essere quello massimo riscontrato sul piano del fabbricato al quale si intende svolgere la verifica delle tamponature e può essere ricavato svolgendo un’analisi dinamica lineare con spettro di risposta sul telaio nudo (la determinazione del drift interpiano si ottiene amplificando gli spostamenti dell’analisi lineare con la duttilità secondo quanto indicato al §7.3.3.3 delle NTC 2008).

Questo metodo è applicabile esclusivamente ai sistemi di Tamponatura Antiespulsione Poroton® di Cis Edil in quanto sviluppato e calibrato in tutte le sue parti sui risultati della campagna sperimentale svolta.

Verifica espulsione fuori piano delle tamponature con PRO_SAP

La verifica della tamponatura antiespulsione è stata testata nella release PRO_SAP build 2015.12.173 (versione 16.0.1). Il modulo PRO_SEC è integrato anche nella versione Entry fino a 150 nodi. Per tutti i dettagli di download e licenza fate sempre riferimento ai link a fine articolo.

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Con questo procedimento è possibile assegnare ai pannelli verticali un criterio di progetto e ottenere le verifiche automatiche degli elementi non strutturali secondo quanto previsto dalle NTC 2008, par. 7.2.3.

Nella Tabella dei criteri di progetto sono definiti:

  • Tamponatura antiespulsione: consente di indicare che si utilizzerà una tamponatura di tipo antiespulsione secondo quanto definito da Cis Edil e quindi le verifiche verranno effettuate con il meccanismo ad arco con degrado di resistenza.
  • La tamponatura antiespulsione può anche essere con armatura (attivando l’opzione).

Se la tamponatura non è antiespulsione, è possibile specificare uno o più metodi di verifica:

  • Pressoflessione con carico concentrato;
  • Pressoflessione con carico distribuito;
  • Cinematismo con cerniere plastiche.

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È inoltre possibile specificare, per entrambe le tipologie di tamponamento:

  • Fattore di struttura per gli elementi non strutturali (si vedano NTC 2008 Tab 7.2.I)
  • Coefficiente gamma m (lasciare 0 per valore automatico)
  • Periodo proprio Ta dell’elemento non strutturale (lasciare 0 per valore automatico)
  • Altezza pannello (lasciare 0 per valore automatico)

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Nel menu relativo ai risultati della progettazione dei pilastri in C.A. oppure degli elementi in acciaio, sono disponibili, per le verifiche delle tamponature:

  • Stato di progetto: indica in azzurro gli elementi verificati ed in rosso gli elementi non verificati
  • Sfruttamento percentuale, indica rapporto tra la sollecitazione e la resistenza nella peggiore delle verifiche effettuata sull’elemento. Il valore è normalizzato a 100 (ok se <100%).
  • Valore Sa: indica l’accelerazione applicata sull’elemento non strutturale, indicata a meno di g.
  • Verifica pressoflessione per carichi concentrati, per carichi distribuiti e cinematismo: indicano il rapporto tra la sollecitazione e la resistenza nelle verifiche.
  • Drift di interpiano%: indica il valore del drift di interpiano amplificato per mud nelle combinazioni SLV, necessario per la verifica delle tamponature antiespulsione Cis Edil
  • Valore Beta a Cis Edil: indica il valore del coefficiente riduttivo Beta a, necessario per la verifica delle tamponature antiespulsione Cis Edil
  • Verifica Cis Edil: indica il rapporto tra la sollecitazione e la resistenza nelle verifiche delle tamponature antiespulsione (sia armate che non armate).
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